Численное моделирование теплового режима оснований транспортных сооружений на свайных фундаментах с уширениями в условиях многолетнемерзлых грунтов

Объектом исследования в статье является тепловой режим многолетнемерзлых грунтов в основании здания на свайных фундаментах глубокого заложения с уширениями. Актуальность обусловлена необходимостью повышения несущей способности и долговечности фундаментов в криолитозоне при климатических изменениях; применение уширений позволяет в 2–2,5 раза увеличить несущую способность свай по сравнению с цилиндрическими аналогами. В результате численного моделирования нестационарного температурного поля в программном комплексе Frost.Термо, с учетом работы свайно-ростверковой системы с уширениями, получены пространственно-временные распределения температуры грунтов, оценены силы смерзания и несущая способность свай с уширениями. Установлен эффект уширения как естественного анкера, обеспечивающего дополнительное сопротивление выдергиванию при морозном пучении; несущая способность свай с уширениями к 2039 г. снижается на 19,3% по сравнению с начальной: с 3551 кН до 2865 кН. Уширения в сваях глубокого заложения являются эффективным конструктивным решением для строительства в многолетнемерзлых грунтах; результаты численного моделирования позволяют прогнозировать изменение несущей способности фундаментов во времени и обосновывать необходимость термостабилизации грунтов

1. Федоров В. С., Купчикова Н. В. Особен- ности численного моделирования и анализа фундаментов из свай с одно- и многоместными уширениями на статические и динамические воздействия // Теория и практика фундаментостроения: сборник тезисов докладов XV Международного симпозиума по реологии грунтов, посвященного 95-летию КГАСУ и 60-летию кафедры «Основания, фундаменты, динамика сооружений и инженерная геология», Казань, 04–06 июня 2025 года. — Казань: Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2025. — С. 18.

2. Конструктивно-технологическая эффективность фундаментов из свай с многоместными уширениями в мерзлых грунтах / В. С. Федоров, Н. В. Купчикова, В. А. Перепечин, Е. Е. Купчиков // Инновационное развитие регионов: потенциал науки и современного образования: материалы VIII Национальной научно-практической конференции с международным участием, приуроченной ко Дню российской науки, Астрахань, 10 февраля 2025 года. — Астрахань: Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, 2025. — С. 42–47.

3. Купчикова Н. В., Никулина П. Д. Технико-экономическая эффективность устройства фундаментов из свай с одно- и многоместными уширениями для строительства в Арктической зоне // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. — 2025. — № 1(51). — С. 61–66. — DOI 10.52684/2312–3702–2025–51–1–61–66.

4. Sego D. C., Biggar K. W., Wong G. Enlarged Base (Belled) Piles for Use in Ice or Ice-Rich Permafrost // Journal of Cold Regions Engineering. — 2003. — Vol. 17, No. 2. — P. 68–88.

5. Местников А. Е., Григорьев Д. А. Буронабивные малозаглубленные сваи для малоэтажного строительства в условиях Якутии // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 11–3. — С. 491–495.

6. Tretiakova O. V. Prismatic face slope piles operating under frost heaving // Magazine of Civil Engineering. — 2023. — Vol. 120, No. 4. — Article no. 12006. — DOI 10.34910/MCE.120.6.

7. Жайсамбаев Е. А. Взаимодействие одиночной железобетонной сваи с термостабилизируемым основанием, представленным оттаявшими многолетнемерзлыми грунтами: дис. … канд. техн. наук: 2.1.2 / Жайсамбаев Еркн Аскерович. — Тюмень, 2026. — 142 с.

8. Одиночная свая в термостабилизируемом грунтовом основании на площадках с заглубленным положением кровли многолетнемерзлых грунтов / Е. А. Жайсамбаев, А. Н. Краев, А. И. Синицкий, А. Н. Громадский // Теория и практика фундаментостроения: сборник тезисов докладов XV Международного симпозиума по реологии грунтов, посвященного 95-летию КГАСУ и 60-летию кафедры «Основания, фундаменты, динамика сооружений и инженерная геология», Казань, 04–06 июня 2025 года. — Казань: Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2025. — С. 66–67.

9. Купчикова Н. В., Баталов М. А. Цифровизация в реализации инвестиционно-строительного проекта крытого горнолыжного комплекса «Ледяное сердце» // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. — 2024. — № 1(47). — С. 32–37.

10. Купчикова Н. В. Свайные фундаменты с уширениями при землетрясениях в транспортном строительстве // Московский транспорт. Наука и проектирование. — 2025. — № 4(4). — С. 48–58.

11. Терехов И. А., Ямалов А. В. Учет взаимного влияния дефектов на категорию технического состояния конструкций // Московский транспорт. Наука и проектирование. — 2025. — № 3(3). — С. 47–55.

12. Дьяков М. И., Барыкин Б. Ю., Дьяков И. М. Экспериментальные данные быстрых догружений стальных жестких фундаментов в транспортном строительстве // Московский транспорт. Наука и проектирование. — 2025. — № 2(2). — С. 51–59.

13. Купчикова Н. В. Численное моделирование насыпей транспортных сооружений с учетом слабого подстилающего слоя // Московский транспорт. Наука и проектирование. — 2025. — № 1(1). — С. 43–54.

14. Жайсамбаев Е. А., Мальцева Т. В., Краев А. Н. Расчет температурного режима термостабилизируемого основания с одиночной сваей // Construction and Geotechnics. — 2023. — Т. 14. — № 4. — С. 5–18. — DOI 10.15593/2224–9826/2023.4.01.

15. Экспериментальный стенд для исследования процессов промерзания-оттаивания грунтов основания в лабораторных условиях / Е. А. Жайсамбаев, А. Н. Краев, А. Н. Краев, В. В. Воронцов // Транспортные сооружения. — 2020. — Т. 7. — № 1. — С. 13. — DOI 10.15862/16SATS120.

16. Бакенов Х. З., Кудрявцев С. А., Артющенко А. П. К расчету осадок зданий с учетом ползучести и разрушения грунтов основания, сложенных дислоцированными протерозойскими (кембрийскими) глинами // Труды 2-й международной научно-практической конференции по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению, Москва, 17–20 марта 2026 года. — Москва: Акционерное общество «Научно-исследовательский центр “Строительство”», 2026. — С. 308–313.

17. Сахаров И. И., Кудрявцев С. А., Парамонов В. Н. О расчетах свайных фундаментов в криолитозоне при использовании термостабилизаторов // Academia. Архитектура и строи- тельство. — 2024. — № 4. — С. 134–140. — DOI 10.22337/2077–9038–2024–4–134–140.

18. Кудрявцев С. А., Сахаров И. И., Парамонов В. Н. Геотехнические проблемы строительства и эксплуатации зданий и сооружений на деградирующих многолетнемерзлых грунтах зданий и сооружений Дальнего Востока и прибрежной инфраструктуры Арктики // Труды 2-й международной научно-практической конференции по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению, Москва, 17–20 марта 2026 года. — Москва: Акционерное общество «Научно-исследовательский центр “Строительство”», 2026. — С. 622–626.